Des scientifiques développent une formule pour étudier le «nanocosmos» des cellules
Des scientifiques de l'institut Max Planck (IMP) ont élaboré une nouvelle formule pour réduire à 15 nanomètres la résolution des microscopes optiques. Ceci invalide la précédente formule selon laquelle la résolution optique est impossible au-dessous de 200 nanomètres. Les scientifiques déclarent que cette nouvelle formule pourrait révéler comment fonctionne le «nanocosmos» des cellules. Depuis sa découverte au XVIIe siècle, le microscope optique est un outil clé pour les découvertes biologiques et médicales. Toutefois, comme la lumière se propage à la manière d'une vague, elle est sujette au phénomène de la diffraction, lequel limite la résolution de l'objet examiné au microscope. Ces effets de limitation de la résolution ont été décrits pour la première fois en 1873 par Ernst Abbe, un physicien allemand qui observa que les structures espacées l'une de l'autre par une distance inférieure à 200nm ne peuvent pas être visualisées séparément lorsqu'elles sont observées à la lumière visible; quand elles sont vues à travers un microscope optique, elles sont perçues comme une entité unique et floue. Cette découverte par Ernst Abbe de la résolution limitée des microscopes optiques a longtemps été considérée comme une loi immuable de l'imagerie à champ lointain. Obtenir une résolution plus haute exigeait l'utilisation d'un microscope électronique. Cette conviction a été bouleversée il y a plusieurs années quand des chercheurs du département de nano-bio-photonique du MPI de chimie biophysique de Göttingen développèrent une technique connue sous le nom de microscopie STED (Stimulated Emission Depletion) dont ils affirmaient qu'elle pouvait repousser la limite de résolution d'Abbe. Cette technique implique deux rayons laser qui se chevauchent. Pour rendre la surface fluorescente plus petite, les chercheurs utilisent un rayon lumineux pour exciter les teintes de fluorescence qui marquent un échantillon de protéine. Avant que les molécules excitées par la lumière puissent fluorescer, un deuxième rayon plus petit chevauchant le premier est utilisé pour contraindre les molécules se trouvant dans le cercle lumineux extérieur à se relâcher. Autrement dit, les molécules se trouvant dans la surface nettement plus petite au centre du cercle de lumière restent excitées et peuvent fluorescer. En avril, une équipe de recherche basée à Göttingen a vérifié cette nouvelle loi en essayant de visualiser la protéine synaptotagmine, qui est incluse dans les membranes de vésicules individuelles dans les cellules. Les vésicules sont des «bulles» membraneuses d'environ 40nm de diamètre remplies de neurotransmetteurs qui transportent des molécules chimiques messagères vers les synapses, points de contact entre les cellules nerveuses, ce qui permet aux signaux nerveux de passer d'une cellule à l'autre. Leur contenu est libéré à la synapse quand les vésicules membraneuses fusionnent avec la membrane de la cellule nerveuse. Auparavant, on ignorait si les protéines accrochées dans la vésicule membraneuse étaient répandues sur la membrane de la cellule après la fusion, ou si elles restaient ensemble, localisées dans la membrane adhésive, qui formait précédemment la vésicule. Grâce à la microscopie STED, les chercheurs ont pu montrer que les molécules synaptotagmines d'une seule vésicule restent ensemble après la fusion. Les dernières expérimentations, dont les résultats ont été publiés dans les comptes rendus de l'académie nationale des sciences, montrent que la technique STED permet d'atteindre une résolution de 15nm. La possibilité de visualiser des cellules à une telle nano-échelle devrait améliorer la compréhension des interactions complexes des cellules. Par exemple, la formule permettra d'en savoir davantage sur le fonctionnement des protéines qui, avec leurs dimensions de 2-20 nanomètres, étaient auparavant trop petites pour être visualisées. Mais «le potentiel de la technique STED n'est pas encore pleinement exploité», selon le professeur Stefan Hell, qui affirme qu'une résolution de la dimension d'une molécule colorante est pensable - ce qui correspond à une finesse d'un ou deux nanomètres.
Pays
Allemagne